DE19963669A1

DE19963669A1 - Control system

Info

Publication number: DE19963669A1
Application number: DE1999163669
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2001-07-19
Also published as: WO2001050114A2; AU3016501A; WO2001050114A3

Abstract

The invention relates to a device for detecting munitions, drugs, explosives, hand grenades, mines and atomic substances using at least a high-frequency transmitter and receiver, a memory and a processor, or programmable module. According to the invention, a. The sample is exposed to radiation which is as monochromatic as possible and which changes its frequency over time, thus covering a frequency range b. During this exposure, the radiation which is absorbed by the sample and the surrounding material is measured progressively, whereby the effects of absorption resonance provide the characteristic spectra of a sample, c. Using a correlation or a distance determination the measured spectrum is compared with a previously determined molecular specific table which must have been stored previously in the memory for each material to be detected (drugs, munitions etc.), d. If the correlation value exceeds a predetermined threshold value, or if the distance lies below a previously defined threshold value, the sample is confirmed as one of the materials whose data is stored in the table.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur De tektion von Substanzen, Gemischen in verschiedenen Aggre gatzuständen.The invention relates to a device for De tection of substances, mixtures in different aggregates conditions.

Es sind bereits Vorrichtungen zur Detektion verschiedener atomarer Substanzen bzw. Moleküle bekannt (WO 98 36 265). So gibt es beispielsweise eine Vorrichtung, die auf der Basis von Polymeren die Moleküle erkennen kann, mit denen die Polymere in Kontakt gekommen sind. Verschiedene Poly mere, die mit einer leitfähigen Substanz versehen sind ändern bei Aufnahme des Moleküls ihr Volumen und damit ihren Widerstand. Der wiederum kann gemessen werden und läßt Rückschlüsse auf das Molekül zu.There are already devices for the detection of different ones of atomic substances or molecules known (WO 98 36 265). For example, there is a device on the Based on polymers that can recognize molecules with which the polymers have come into contact. Different poly mers, which are provided with a conductive substance change their volume and thus when the molecule is taken up their resistance. Which in turn can be measured and allows conclusions to be drawn about the molecule.

Es gibt Vorrichtungen zur Laserspektroskopie, die auch auf Distanz Gasgemische auf ihre Zusammensetzung untersu chen können. Dazu darf jedoch kein für dieses Licht un durchsichtiges Material im Wege stehen.There are devices for laser spectroscopy, too Examine gas mixtures for their composition at a distance can. However, no for this light and transparent material in the way.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf Entfernung, berührungslos Substanzen wie Drogen, Sprengstoff, und/oder atomare Substanzen zu detektieren. The object of the invention is, at a distance, non-contact substances such as drugs, explosives, and / or to detect atomic substances.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:
The object is achieved according to the invention by the following features:

a) by means of at least one high-frequency transmitter
b) a radio frequency receiver
c) a processor or programmable chip
d) and a memory,

wobei die von dem Hochfrequenzsender ausgehenden Strah len auf die Substanz oder das Gemisch auftreffen und zu mindest ein Molekül anregen und dann die zurückgehende Strahlung messen und die daraus resultierende Informa tion in einem Vektor zusammenfassen.the beam emanating from the radio frequency transmitter len hit the substance or mixture and close excite at least one molecule and then the returning one Measure radiation and the resulting informa summarize tion in one vector.

Hierbei ist von besonderer Bedeutung, daß das HF-Anre gungsfeld (HF = Hochfrequenz) nicht, wie in vielen Ver suchsanordnungen üblich, homogen ist, sondern radial ab gestrahlt wird, da keine Rückschlüsse auf die Struktur des Materials gemacht werden müssen. und keine Streuungs daten ermittelt werden, sondern das Material nur anhand seines Energieniveaus "wiedererkannt" werden soll.It is particularly important here that the HF-Anre field (HF = high frequency) not, as in many ver search arrangements is common, homogeneous, but radially is blasted because there are no conclusions about the structure of the material must be made. and no scatter data, but only the material of his energy level should be "recognized".

Ein wesentlicher Schritt wird dadurch erreicht, daß die Schwierigkeit, spektrale Anteile der Absorption von Probe und Umgebung zu trennen, durch die Korrelation mit den tabellarisch festgelegten Werten weitgehend gelöst wird. Überschreitet die Korrelation einen festgelegten Schwell wert oder unterschreitet der Abstand eine zuvor defi nierte Schwelle, so handelt es sich bei der Probe um das Material, dessen Daten in der Tabelle abgelegt worden sind.An important step is achieved in that the Difficulty specifying spectral proportions of absorption and the environment by correlation with the values set out in tabular form are largely resolved. If the correlation exceeds a specified threshold value or is less than a previously defined distance threshold, the sample is the Material whose data has been stored in the table are.

Genauso bietet die Methode der Abstandsbestimmung (z. B. euklidisch) zwischen einem gemessenen Absorptionsvektor und den tabellarisch gespeicherten Musterabsorptionsvek toren, die zu dem zu detektierenden Material gehören, eine Möglichkeit, die Spektren anderer Materialien von dem zu detektierenden Material zu unterscheiden.The method of distance determination (e.g. Euclidean) between a measured absorption vector and the tabularly stored pattern absorption vector gates belonging to the material to be detected a way to view the spectra of other materials to distinguish the material to be detected.

Hierbei wird also in vorteilhafter Weise ein berührungs freies Meßverfahren eingesetzt, wobei mittels HF-Strahlen die Moleküle zu Schwingungen und Vibrationen angeregt werden. Dabei werden die zurückkommenden Strahlen weiter verarbeitet und ausgewertet. Hierdurch läßt sich das Mo lekül bestimmen.This is therefore advantageously a touch Free measuring method used, using RF rays the molecules are excited to vibrate become. The rays coming back become wider processed and evaluated. This allows the Mo determine lekül.

Hierdurch besteht auch die Möglichkeit, daß für die Spek troskopie eine relativ kleine Energie im Bereich von 10 mW genutzt werden kann, so daß keine wesentlichen Stö rungen der Umgebung bei der Messung stattfinden, z. B. im allgemeinen keine Schädigung bzw. keine Störsignale für elektronische oder andere Geräte stattfinden.This also gives the possibility that for the Spek a relatively small energy in the range of 10 mW can be used, so that no significant interference the environment during the measurement take place, e.g. B. in generally no damage or no interference signals for electronic or other devices take place.

Von Vorteil ist auch ein direkt in der Empfangs- bzw. Sendeapparatur integrierter Prozessor, der einen Teil der Vorverarbeitung der Daten übernimmt, da so der Prozessor des Hauptrechners entlastet wird und die Datenübertragung zum Hauptrechner mit geringer Übertragungsrate vollzogen werden kann.It is also an advantage to have a Transmitter integrated processor, which is part of the Preprocessing of the data is done by the processor the main computer is relieved and the data transmission to the main computer with a low transmission rate can be.

Es ist von besonderer Bedeutung, daß die Vorrichtung hochfrequente Radiowellen zur Detektion benutzt, da so die Substanzen auch durch Wände, Glas und andere undurch sichtige Materialien hindurch "erkannt" werden können. It is particularly important that the device high-frequency radio waves used for detection, because of that the substances also impermeable through walls, glass and others visible materials can be "recognized" through it.

Von besonderem Vorteil ist, daß an einen Hauptrechner mehrere HF-Meßapparaturen angeschlossen werden können, da so eine zentrale Überwachung mehrerer Stationen möglich ist.It is of particular advantage that to a main computer several HF measuring devices can be connected because this enables central monitoring of several stations is.

Hierdurch ist es vorteilhaft, daß die Probe einer von dem Hochfrequenzsender ausgehenden Strahlung ausgesetzt wird, die in etwa monochromatisch ist, wobei sie mit der Zeit ihre Frequenz ändert und so einen Frequenzbereich überstreicht, und dabei wird sukzessive die Strahlung ge messen, die von der Probe und den umliegenden Materialien absorbiert wird, wobei Absorptionsresonanzeffekte für charakteristische Spektren einer Probe sorgen, wobei das gemessene Spektrum mittels einer Korrelation oder einer Abstandsbestimmung mit einer zuvor ermittelten molekular spezifischen Tabelle verglichen wird, und dabei die Kor relation oder der Abstand mit einem zuvor definiertem Schwellwert verglichen wird.This makes it advantageous that the sample is one of the radio frequency transmitter is exposed to outgoing radiation which is roughly monochromatic, with the Time changes their frequency and so a frequency range sweeps, and the radiation is successively ge measure that from the sample and surrounding materials is absorbed, with absorption resonance effects for provide characteristic spectra of a sample, the measured spectrum using a correlation or a Distance determination with a previously determined molecular specific table is compared, and the Cor relation or the distance with a previously defined Threshold value is compared.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die HF-Sendestation auf die Probe ein HF-Signal zwischen 3 10⁴ Hz und 3 10⁹ Hz aussendet und die Frequenz mit der Zeit ändert, um einen Frequenzbereich abzutasten. In diesem Bereich werden die Moleküle leicht zu Schwingungen und Vibrationen angeregt. Um die bestimmten Anregungsfrequenzen zu treffen, wird der Frequenzbereich abgetastet.It is also advantageous that the RF transmitter station sends an RF signal between 3 10 ⁴ Hz and 3 10 ⁹ Hz to the sample and changes the frequency with time in order to scan a frequency range. In this area, the molecules are easily excited to oscillate and vibrate. In order to hit the specific excitation frequencies, the frequency range is scanned.

Vorteilhaft ist es außerdem, daß die HF-Empfangsstation die von der Probe zurückkommende Strahlung in seine spektralen Komponenten zerlegt. Dadurch ist es möglich, das für das Molekül charakteristische Spektrum zu ermit teln. It is also advantageous that the RF receiving station the radiation coming back from the sample into its spectral components disassembled. This makes it possible to determine the characteristic spectrum for the molecule teln.

Vorteilhaft ist es ferner, daß das Spektrum gefiltert wird. Hierdurch kann die Güte der Detektion erhöht wer den.It is also advantageous that the spectrum is filtered becomes. In this way, the quality of the detection can be increased the.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß die spektralen Kompo nenten normiert und in einen Vektor zusammengefaßt wer den. Hierdurch wird erreicht, daß die für die Weiterver arbeitung notwendige Information wegen der Normierung un abhängig von der Gesamtintesität der Strahlung, also un abhängig von der Entfernung des Senders und Empfängers zur Probe ist und vektoriell weiterverarbeitet werden kann.It is also advantageous that the spectral compo standardized and summarized in a vector the. This ensures that the for the further ver work necessary information because of the standardization un depending on the total intensity of the radiation, ie un depending on the distance of the sender and receiver is on trial and will be further processed vectorially can.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß jedes zu detektierende Material auch einem normierten Vergleichsvektor zu geordnet wird, der in einer Tabelle abgelegt ist. Die zu detektierenden Materialien sind auch jeweils einem Vektor zugeordnet, die in einer molekularspezifischen Tabelle abgelegt werden, und können dann bei der Messung zum Ver gleich herangezogen werden.It is also advantageous that each to be detected Material also to a standardized comparison vector ordered, which is stored in a table. The too detection materials are also each a vector assigned in a molecular-specific table are stored, and can then be used in the measurement for ver be used immediately.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil haft, daß die Korrelation jedes Vektors der Tabelle mit dem Vektor der Probe errechnet wird. Durch Bilden der Korrelation wird ein Wert ermittelt, der ein Maß für die Ähnlichkeit der Probe zu dem Molekül aus der molekular spezifischen Tabelle ist. Der größte aller ermittelten Korrelationswerte wird gesucht. Hierdurch kann das Mate rial gefunden werden, dessen Spektrum der Probe am ähn lichsten ist. In a further embodiment of the invention, it is advantageous holds that the correlation of each vector of the table with the vector of the sample is calculated. By forming the A value is determined which is a measure of the correlation Similarity of the sample to the molecule from the molecular specific table is. The largest of all identified Searching for correlation values. This allows the mate rial, the spectrum of which is most similar to the sample most beautiful.

Vorteilhaft ist es ferner, daß der größte zuvor er rechnete Korrelationswert ermittelt wird, um ihn mit ei nem Schwellwert zu vergleichen und bei Überschreitung des Schwellwerts, der Probe die Eigenschaft des Materials zu zuweisen, welches zum zugehörigen Tabelleneintrag gehört. Der Vergleich des größten Korrelationswertes mit einer zuvor festgelegten Schwelle entscheidet, ob es sich bei der Probe um das in der Tabelle abgelegte Material han delt.It is also advantageous that the largest before calculated correlation value is determined by ei to compare the threshold value and if the Threshold, the sample the property of the material assign which belongs to the corresponding table entry. The comparison of the largest correlation value with one predetermined threshold decides whether it is the sample around the material stored in the table delt.

Vorteilhaft ist es ferner, daß der Abstand zwischen jedem Vektor in der Tabelle zu dem Probenvektor errechnet wird. Der ermittelte Abstand ist ein Maß für die Ähnlichkeit der Probe zu dem Molekül aus der molekularspezifischen Tabelle.It is also advantageous that the distance between each Vector in the table to which sample vector is calculated. The distance determined is a measure of the similarity the sample to the molecule from the molecular specific Table.

Vorteilhaft ist es ferner nach einem anderen Ausführungs beispiel, daß der Tabelleneintrag mit dem kürzesten Abstand ermittelt wird, um diesen mit einem anderen Schwellwert zu vergleichen und bei Unterschreitung des Schwellwertes die Detektion des zum Tabelleneintrag gehö renden Materials zu bestätigen. Der Vergleich des klein sten Abstandswertes mit einer anderen zuvor festgelegten Schwelle entscheidet, ob es sich bei der Probe um das in der Tabelle abgelegte Material handelt.It is also advantageous according to another embodiment example that the table entry with the shortest Distance is determined around this with another Comparing the threshold value and falling below the Threshold the detection of the table entry material to confirm. The comparison of the small most distance value with another predetermined Threshold decides whether the sample is in material stored in the table.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß von der HF-Sende station eine Strahlung emittiert wird, die zur gleichen Zeit alle Frequenzanteile aussendet. Durch gleichzeitiges Senden vieler Frequenzen ist es nicht mehr notwendig, die Frequenzen zeitlich hintereinander zu durchlaufen. It is also advantageous that the RF transmission station a radiation is emitted that at the same Transmits all frequency components. By simultaneous Sending many frequencies it is no longer necessary that To go through frequencies in succession.

Vorteilhaft ist es auch, daß die HF-Empfangsstation die zurückkommende Strahlung zeitlich sehr hochaufgelöst er faßt und durch eine Fourier-Transformation in seine spek tralen Komponenten zerlegt. Mit alternativen Messungen mittels der Fouriertransformation kann wieder eine spek trale Zerlegung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 er reicht werden.It is also advantageous that the RF receiving station returning radiation is very time-resolved summarizes and through a Fourier transformation into its spec central components disassembled. With alternative measurements by means of the Fourier transformation a spec trale decomposition according to the features of claim 4 he be enough.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann also ein kom plexer Impuls ausgesendet und dann die zurückgenommene Strahlung in sehr kurzer Zeitauflösung erfaßt werden. Dann läßt sich mit Hilfe einer Fouriertransformation das Spektrum des zurückgenommenen Impulses ermitteln.With the device according to the invention, a com plexer pulse and then the withdrawn Radiation can be recorded in a very short time resolution. Then this can be done with the help of a Fourier transformation Determine the spectrum of the withdrawn pulse.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:Further advantages and details of the invention are in the claims and explained in the description and shown in the figures. It shows:

Fig. 1 Vorrichtung und die zugehörige Meßanordnung, Fig. 1 apparatus and the associated measuring arrangement,

Fig. 2 typisches Absorptionsspektrum einer Probe (Vektor), Fig. 2 typical absorption spectrum of a sample (vector),

Fig. 3a, b Umsetzung der Absorptionsenergie in molekül spezifische Schwingungen und Rotationen ei nes Moleküls, Fig. 3a, b implementation of the absorbed energy in the molecule-specific vibrations and rotations ei nes molecule,

Fig. 4 Kräfte, die in einem elektrischen Feld auf einen Dipol wirken, Fig. 4 forces that act in an electric field to a dipole

Fig. 5 die schematische Anordnung der Meßanordnung. Fig. 5 shows the schematic arrangement of the measuring arrangement.

In Fig. 1 und 5 ist eine Vorrichtung zur Detektion von Substanzen und Gemischen in verschiedenen Aggregatzustän den, nachstehend als Proben bezeichnet, dargestellt. In Fig. 5 ist ein über eine Funkstrecke 13 mit einem Funk modem 12 in Verbindung stehender Computer 3 dargestellt. Der Computer 3 wird über ein Handgerät 14 konfiguriert bzw. eingestellt, z. B. auf Dauermessung. Hierdurch soll alles überprüft werden. Ferner kann der Computer 3 so eingestellt werden, daß nur ganz bestimmte Substanzen de tektiert werden können. Ferner ist am Rechner 3 gemäß Fig. 1 eine HF-Sendestation 1. Vom Rechner 3 wird die HF- Sendestation dazugebracht, Signal 9 auszusenden und dies auf die Probe 8 zu leiten. In der Probe werden, wie nach stehend erläutert, die Merkmale (Fig. 3a, b) angeregt.In Fig. 1 and 5, the, hereinafter referred to as sample represented an apparatus for the detection of substances and mixtures of different Aggregatzustän. In FIG. 5, via a radio link 13 with a radio modem 12-related computer 3 is shown. The computer 3 is configured or set via a handheld device 14 , e.g. B. on continuous measurement. This is supposed to check everything. Furthermore, the computer 3 can be set so that only very specific substances can be detected. Furthermore, there is an HF transmission station 1 on the computer 3 according to FIG. 1 . The computer 3 causes the HF transmitter station to transmit signal 9 and to direct this to the sample 8 . In the sample, as explained below, the features ( Fig. 3a, b) are excited.

Bei bestimmten Frequenzen werden die in den Fig. 3a, b dargestellten Moleküle um die Achse 15 gedreht, das heißt, in Rotation und Vibration versetzt, so daß die Energie bei einer bestimmten Frequenz von der Probe ab sorbiert wird. Die eingebende Strahlungsenergie wird in Rotationsenergie, Vibrationsenergie umgewandelt, das heißt die Probe 8 versendet bestimmte Frequenzen, und das hat zur Folge, daß die zurückkommende Strahlung 10 an die HF-Empfangsstation 2 eingegeben und gemessen wird. Auf diese Weise bestimmt man für bestimmte Frequenzen, die gesendet werden - z. B. in 15 KHz-Schritten -.At certain frequencies, the molecules shown in Fig. 3a, b are rotated about the axis 15 , that is, set in rotation and vibration, so that the energy is sorbed from the sample at a certain frequency. The input radiation energy is converted into rotational energy, vibration energy, that is to say the sample 8 transmits certain frequencies, and this has the consequence that the return radiation 10 is input to the RF receiving station 2 and measured. In this way, one determines for certain frequencies that are transmitted - e.g. B. in 15 kHz steps -.

In Fig. 2 ist dargestellt, daß bei bestimmten Frequenzen negative Piks bzw. Einbuchtungen 2 bis 18 gebildet wer den, die Probe 8 die Frequenzen besonders stark absor biert (Absorptionsenergie bei Resonanzabsorption 4). So mit können alle Substanzen, die ein Dipol-Moment haben, mit dieser Vorrichtung detektiert werden, das heißt die Absorptionswerte 2-18 sind charakteristisch für die Er kennung des Stoffes.In Fig. 2 it is shown that negative spades or indentations 2 to 18 are formed at certain frequencies, the sample 8 absorbs the frequencies particularly strongly absorbed (absorption energy with resonance absorption 4 ). So with all substances that have a dipole moment can be detected with this device, that is, the absorption values 2-18 are characteristic of the detection of the substance.

Die zu detektierenden Substanzen sind mit ihren Spektren im Rechner hinterlegt und werden als Vergleichsspektrum herangezogen und mit dem Spektrum der detektierten Sub stanz verglichen, wie nachstehend noch näher erläutert wird.The substances to be detected are with their spectra stored in the computer and are used as a comparison spectrum and with the spectrum of the detected sub punch compared, as explained in more detail below becomes.

Die Moleküle 11 der zu erfassenden Probe befinden sich bei der HF-Spektroskopie in bestimmten quantenmechani schen Zuständen. Die in Fig. 3a, 3b können durch äußere Anregung, z. B. durch elektromagnetische Strahlung gemäß Fig. 1, oder durch Stöße mit anderen Elementarteilchen in einen Zustand höherer Energie gebracht werden. Der Un terschied zur Atomspektroskopie liegt darin, daß die Energie des Moleküls sich nicht nur durch elektronische Übergänge ändern kann, sondern auch durch Übergänge zwi schen seinen Rotations- und seinen Schwingungszuständen.The molecules 11 of the sample to be detected are in certain quantum mechanical states in HF spectroscopy. The in Fig. 3a, 3b can by external excitation, for. B. by electromagnetic radiation according to FIG. 1, or by collisions with other elementary particles in a state of higher energy. The difference to atomic spectroscopy is that the energy of the molecule can change not only by electronic transitions, but also by transitions between its rotational and vibrational states.

Ein mehratomiges Molekül (vergl. Fig. 3b) ist nicht wie ein einzelnes Atom nur auf Energieübergänge seiner Elek tronen beschränkt, sondern kann auch durch Rotation und Schwingung angeregt werden. Dabei kann man ein Molekül 11a bzw. 11b in erster Näherung als starren Körper be trachten, dessen Gestalt durch die Gleichgewichtslage der Kerne bestimmt ist. In Fig. 3 und Fig. 3a sieht man, daß unterschiedliche Moleküle eine unterschiedliche Anzahl von Freiheitsgraden haben können. So hat Molekül 11a nur zwei, das Molekül 11b hingegen drei Rotationsfreiheits grade.A multi-atomic molecule (see FIG. 3b) is not, like a single atom, restricted to the energy transitions of its electrons, but can also be excited by rotation and vibration. One can consider a molecule 11 a or 11 b in a first approximation as a rigid body, the shape of which is determined by the equilibrium of the nuclei. In Fig. 3 and Fig. 3a it is seen that different molecules can have a different number of degrees of freedom. Molecule 11 a has only two degrees of rotation, whereas molecule 11 b has three degrees of freedom of rotation.

In Fig. 3a sind die Rotationsachsen 15', 15" 15" für ein 2-atomiges Molekül angegeben, die um die Winkel α und β rotieren. In Fig. 3b ist ein drelatomiges Molekül dar gestellt, das um die Achsen 15', 15", 15''' rotiert.In Fig. 3a the axes of rotation 15 ', 15 " 15 " for a 2-atom molecule are indicated, which rotate through the angles α and β. In Fig. 3b a three-atom molecule is shown, which rotates about the axes 15 ', 15 ", 15 "'.

Der Drehimpuls L ist gequantelt, das heißt diskret und nicht kontinuierlich und abhängig von den soeben be schriebenen Freiheitsgraden. Da die Energie proportional zum Drehimpuls ist, ist auch die Energie gequantelt, so daß sich das Molekül nur mit bestimmten Energien anregen läßt, die gleich der Energiedifferenz zweier Drehimpuls- Energieniveaus ist. Auch die Vibrationsenergieniveaus so wie die Energieniveaus der Elektronenzustände sind ge quantelt, so daß auch hier nur bestimmte Energien zu ei ner Anregung führen. Ein angeregtes Molekül wiederum kann spontan den Energiezustand von einem höheren Niveau zu einem niedrigeren Niveau wechseln und dabei ein Photon (bzw. eine elektromagnetische Welle) aussenden, dessen Frequenz proportional zu dieser Energieniveaudifferenz ist. So sind diese Energieniveaudifferenzen und damit die Frequenz der emittierten oder absorbierten Strahlen cha rakteristisch für den Aufbau und die Zusammensetzung des Moleküls und lassen sich in einem Spektrum darstellen.The angular momentum L is quantized, that is, discrete and not continuously and depending on the just be degrees of freedom. Because the energy is proportional to the angular momentum, the energy is also quantized, so that the molecule only excite itself with certain energies leaves, which is equal to the energy difference between two angular momentum Is energy levels. The vibration energy levels are the same like the energy levels of the electron states are ge quantizes, so that only certain energies to egg lead a suggestion. An excited molecule can spontaneously the energy state from a higher level too switch to a lower level while doing a photon (or an electromagnetic wave), whose Frequency proportional to this energy level difference is. So these are energy level differences and thus the Frequency of the emitted or absorbed rays cha characteristic of the structure and composition of the Molecule and can be represented in a spectrum.

Fig. 2 zeigt ein Absorptionsspektrum eines zweiatomigen Moleküls. Die Absorptionskanten 4 zeigen, bei welchen Frequenzen proportional zum Kehrwert der Wellenlängen 5 die Energie absorbiert und in Rotation und Vibration um gesetzt wird. Fig. 2 shows an absorption spectrum of a diatomic molecule. The absorption edges 4 show at which frequencies, proportional to the reciprocal of the wavelengths 5, the energy is absorbed and converted into rotation and vibration.

Dieser Energieniveauwechsel wird mit einem Dipolmoment des Moleküls erklärt.This energy level change is done with a dipole moment of the molecule explained.

Fig. 4 zeigt einen solchen Dipol, wobei man sich die La dungen Q+ und Q- als Ladungsverschiebungen am Mole kül 11a, 11b vorstellen kann, auf die innerhalb eines elektrischen Feldes eine Kraft wirkt und damit ein Mo ment. Wird die Probe 8, die die Moleküle 11a oder 11b enthält, vom HF-Sender 1 bestrahlt, so entsteht in der Probe 8 ein Feld. Dieses Innenfeld, dessen Verlauf von den Probeneigenschaften und der Geometrie sowie der räum lichen Struktur des Außenfeldes abhängt, regt die La dungsträger und Kerne des Moleküls über seine elektrische oder magnetische HF-Komponente (Strahlung 9) an, was eine elektrische oder magnetische HF-Polarisierung bzw. HF- Ströme im Material der Probe 8 hervorruft. Diese modifi zieren in bestimmter Weise das Außenfeld des Mole küls 11a, was mit der Meßvorrichtung, und zwar dem HF- Empfänger 2 und dem Computer 3, nachgewiesen wird. Dabei wird die Dämpfung bzw. die Frequenzverschiebung eines HF- Resonanzkreises durch die im HF-Feld befindliche Probe 8 ausgenutzt. Fig. 4 shows such a dipole, one can imagine the loads Q + and Q- as charge shifts on the mole cool 11 a, 11 b, on which a force acts within an electric field and thus a moment. If the sample 8 , which contains the molecules 11 a or 11 b, is irradiated by the HF transmitter 1 , a field is created in the sample 8 . This inner field, the course of which depends on the sample properties and the geometry and the spatial structure of the outer field, excites the charge carriers and nuclei of the molecule via its electrical or magnetic HF component (radiation 9 ), which is an electrical or magnetic HF polarization or causes HF currents in the material of the sample 8 . These modify in a certain way the outer field of the mole cool 11 a, which is detected with the measuring device, namely the RF receiver 2 and the computer 3 . The attenuation or the frequency shift of an RF resonance circuit by the sample 8 located in the RF field is used.

Die Eichung der Meßvorrichtung muß zuerst erfolgen. Hierzu werden die Eichdaten im Programm in Form einer mo lekularen Frequenztabelle verankert bzw. abgelegt. Zu nächst können die Frequenzen der Photonen, die die Probe bei Anregung aussendet, durch herkömmliche Meßvorrichtun gen wie Proportionalitätszählrohr, Ionisationskammer, Halbleiterzähler, Szintillationszähler und Cherenkovzäh ler nachgemessen werden. All diese Meßvorrichtungen beru hen auf dem Prinzip der Ionisation, wobei der dabei ent stehende elektrische Impuls, der durch die Ladungstren nung bei der Ionisation entsteht, geeignet verstärkt und registriert wird. Aus der gemessenen Energie W der Photo nen läßt sich dann einfach die Frequenz f ermitteln: W = h f (h = Plancksches Wirkungsquantum konst.). Diese Energie ist gleich der Differenzenergie zwischen dem an geregten und dem relaxierten Zustand der Atome bzw. Mole küle der Probe.The measuring device must be calibrated first. For this purpose, the calibration data in the program in the form of a mo lecular frequency table anchored or filed. To Next, the frequencies of the photons that make up the sample emits when stimulated by conventional measuring devices like proportionality tube, ionization chamber, Semiconductor counter, scintillation counter and Cherenkovzäh be measured. All of these measuring devices are based based on the principle of ionization, whereby the ent standing electrical impulse caused by the charge ionization arises, suitably reinforced and is registered. From the measured energy W of the photo Then the frequency f can easily be determined: W = h f (h = Planck's constant of const.). This Energy is equal to the difference energy between that excited and the relaxed state of the atoms or moles cool the sample.

Nach der vorliegenden Erfindung werden Anregungsfrequen zen bzw. die Radiosignale 8 kontinuierlich ausgesandt. Der HF-Sender 1 besteht aus einer durch einen program mierbaren Oszillator angeregten Sendediode, die im Be reich zwischen 3 10⁴ Hz bis 3 10⁹ Hz Radiowellen aussenden kann.According to the present invention, excitation frequencies or the radio signals 8 are emitted continuously. The HF transmitter 1 consists of a transmitter diode excited by a programmable oscillator, which can emit radio waves in the range between 3 10 ⁴ Hz to 3 10 ⁹ Hz.

Es wird nun im HF-Empfangsteil 2 gleichzeitig zur Anre gung die Frequenz der eingehenden Signale 10 gemessen, die einen Pegel bestimmter Signalintensität überschrei ten. Hierfür werden die Signale 10 vorverstärkt.It is now measured in the RF receiving section 2 at the same time for excitation, the frequency of the incoming signals 10 which exceed a level of a certain signal intensity. For this purpose, the signals 10 are preamplified.

Die Meßwerte werden dann mit den zuvor ermittelten Meß werten der Vergleichsproben, Substanzen wie Morphine zum C17, H12, ONM. Morphinsulfat 5H20 oder Schwarzpulver KNO3 oder andere Substanden, Vergleichsproben korreliert.The measured values are then compared with the previously determined measured values of the comparison samples, substances such as morphine for the C17, H12, ONM. Morphine sulfate 5 H20 or black powder KNO3 or other substances, comparative samples correlated.

Überschreitet die Korrelation eine zuvor festgelegte Schwelle, so kann daraus auf das Material der Probe und dessen Eigenschaften geschlossen werden. If the correlation exceeds a predetermined one Threshold, so it can depend on the material of the sample and whose properties are closed.

Wahlweise kann statt der Korrelation auch eine Abstands funktion (z. B. euklidischer Abstand) definiert werden und der Abstand zwischen dem gemessenen Zustandsvektor der Probe und dem Zustandsvektor der Vergleichsprobe be stimmt werden. Ist dieser Abstand kleiner als eine zuvor festgelegte Schwelle (andere Schwelle als bei der Korre lation), so kann die gemessene Probe der Vergleichsprobe zugeordnet werden. A distance can also be used instead of the correlation function (e.g. Euclidean distance) can be defined and the distance between the measured state vector the sample and the state vector of the comparison sample be true. If this distance is smaller than one before fixed threshold (different threshold than the correction lation), the measured sample can be compared be assigned.

Reference list

11

Hochfrequenz Sender
High frequency transmitter

22nd

Hochfrequenz Empfänger
Radio frequency receiver

33rd

Computer
computer

44th

Absorptionswerte 2 bis 18, Absorbtionsenergie bei Resonanzabsorption
Absorption values 2 to 18, absorption energy with resonance absorption

55

Reziproke Wellenlängenachse (proportional zur Fre quenz)
Reciprocal wavelength axis (proportional to frequency)

66

Lineares Molekül um zwei Achsen Linear molecule around two axes

1515

drehbar
rotatable

77

Nichtlineares Molekül um drei. Achsen drehbar
Nonlinear molecule at three. Rotatable axes

88th

Probe
sample

99

Strahlung, BF Signale, die auf die Probe auftreffen
Radiation, BF signals that hit the sample

1010th

Strahlung, HF Signale, die von der Probe zurückkom men
Radiation, RF signals coming back from the sample

1111

a Ein Molekül mit zwei Rotationsfreiheitsgraden
a A molecule with two rotational degrees of freedom

1111

b Ein Molekül mit drei Rotationsfreiheitsgraden
b A molecule with three rotational degrees of freedom

1212th

Funkmodem
Radio modem

1313

Funkstrecke
Radio link

1414

Handgerät
Handheld device

1515

Achse
axis

1515

' Achse
'Axis

1616

E-Feld
E field

Claims

1. Device for the detection of substances, mixtures in various physical states with the following features:

a) by means of at least one high-frequency transmitter ( 1 )
b) a high-frequency receiver ( 2 )
c) a processor or programmable module ( 3 )
d) and a memory ( 3 '),

wherein the rays ( 9 ) emanating from the radio-frequency transmitter ( 1 ) strike the substance (sample 8 ) or the mixture and excite at least one molecule ( 11 ) and then measure the returning radiation ( 10 ) and the resulting information in a vector sum up.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the sample comes from the radio frequency transmitter exposed to radiation, which is roughly monochrome table, changing its frequency over time and so sweeps over a frequency range, and in doing so successively measured the radiation from the sample and the surrounding materials is absorbed, with Ab sorption resonance effects for characteristic spectra provide a sample, the measured spectrum using a correlation or a distance determination with a compare previously determined molecular-specific table and the correlation exceeds one specified threshold or falls short of the distance a previously defined threshold.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the RF transmitter station ( 1 ) emits an RF signal ( 9 ) between 3 10 ⁴ Hz and 3 10 ⁹ Hz on the sample and the frequency changes with time, to sample a frequency range.

4. The device according to claim 1, characterized in that the RF receiving station ( 2 ) decomposes the radiation returning from the sample into its spectral components.

5. The device according to claim 1, 2 or 4, characterized in that the spectrum is filtered.

6. The device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the spectral components be standardized and summarized in a vector the.

7. The device according to claim 1, characterized in that each mate to be detected rial also assigned to a standardized comparison vector which is stored in a table.

8. The device according to claim 1, characterized in that the correlation of each vector the table is calculated with the vector of the sample.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the largest previously calculated Correlation value is determined to match it with a Threshold value to compare and if the Threshold, the sample the property of the material assign which belongs to the corresponding table entry.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between each Vector in the table to which sample vector is calculated.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the table entry with the shortest distance is determined to this with a compare their threshold values and if they fall below of the threshold value the detection of the table entry to confirm belonging material.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the RF transmitter station ( 1 ) emits radiation ( 9 ) which emits all frequency components at the same time.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the HF receiving station ( 2 ) detects the returning radiation at a very high time and decomposes it into its spectral components by means of a Fourier transformation.